روبوتات ناعمة ذاتية الشفاء: جبهة جديدة في الإصلاح المدفوع بالذكاء الاصطناعي

اختراق في الروبوتات: روبوتات ذاتية الشفاء مستوحاة من علم الأحياء

قامت مجموعة من المهندسين من جامعة نبراسكا-لينكولن بتقديم روبوت ذاتي الشفاء يمكنه اكتشاف الأضرار وإصلاحها بشكل مستقل. قد يساهم هذا الجهاز في إطالة عمر أنظمة الروبوتات والأجهزة الإلكترونية في المستقبل. إليكم كيف يمكن للروبوتات ذاتية الشفاء أن تصبح القاعدة وتساعد في تقليل النفايات، تحسين الأداء، وفتح الباب أمام الابتكارات المستقبلية.

فكرة روبوت يشفى نفسه تبدو كخيال علمي، لكن مع التقدمات الأخيرة في الذكاء الاصطناعي وغيرها من التقنيات، يرى العديد من الباحثين أن هذا المسار هو الخيار الأفضل. عندما تتخيل روبوتًا ذاتيًا الشفاء، قد تتصور جهازًا صلبًا يفتش جسده، يحدد موقع الضرر، ثم يصلحه باستخدام أداة مدمجة أو أجهزة أخرى.

المشكلة في هذا المفهوم هي أنه سيتطلب من الروبوت الوصول إلى مادة إضافية لإكمال الإصلاح. ليس كأن الروبوت يحمل قطع غيار لكل مكون. وبالتالي، لا يمكن لهذا المفهوم العمل إلا في سيناريوهات محدودة جدًا حيث تتوفر قطع الاستبدال.

تقليد الطبيعة

مع فهم هذه القيود، اتجه العلماء إلى قدرات الشفاء في جسم الإنسان للعثور على حل أفضل. عندما تتعرض لإصابة، يكون جسمك قادرًا على الشفاء مع مرور الوقت. طالما أن الإصابة ليست شديدة جدًا، يستطيع جسمك التعرف على المشكلة، مثل جرح صغير، وتخصيص الموارد لشفائها. خلال بضعة أيام أو أسابيع، تلتئم الإصابة تمامًا مع ندوب قليلة.

دراسة جديدة حول الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء صدرت في ICRA 2025

إدراكًا أن نهجًا جديدًا سيكون ضروريًا لتمكين الروبوتات ذاتية الشفاء، بدأ فريق من المهندسين في دراسة حلول روبوتية أقرب إلى الإنسان. أدت هذه البحوث إلى إصدار الدراسة¹ “عضلة اصطناعية ذكية ذاتية الشفاء: آليات اكتشاف الضرر والإصلاح المستقل لأضرار الثقب في الروبوتات الناعمة” في مؤتمر IEEE الدولي للروبوتات والأتمتة لهذا العام.

يتعمق هذا التقرير المغير للعبة في استخدام الروبوتات الناعمة كوسيلة لإنجاز مهام الشفاء الذاتي. تختلف الروبوتات الناعمة عن الخيارات التقليدية بأنها تستخدم مكونات مرنة تسمح لها بتغيير شكلها وحجمها، مما يمكنها من تنفيذ مهام فريدة مثل التحول للتنقل عبر أنبوب رفيع.

استخدم المهندسون المحاكاة الحيوية لتصميم روبوت ناعم يشبه جسم الإنسان من حيث الطبقات. بدأوا بإدخال بنية متعددة الطبقات. يعتمد هذا النهج على طبقات مختلفة تؤدي مهامًا متعددة ولكنها تعمل معًا لتمكين الروبوت من تقليد المرونة التكيفية للكائنات الحية.

المصدر – University of Nebraska–Lincoln

طبقة التحريك: كيف تتحرك الروبوتات ذاتية الشفاء

الطبقة الخارجية هي طبقة التحريك. هذه الطبقة العلوية هي التي تمكّن المشغل من الحركة. تعتمد على جيوب صغيرة تُملأ بالماء المضغوط لبدء الحركة. هذا النهج مثالي للروبوتات الناعمة لأنه يلغي الحاجة إلى محركات أو مكونات صلبة أخرى تُقيد قدرات الروبوت الناعم.

شرح طبقة البلاستيك الحراري ذاتي الشفاء

الطبقة التالية أكثر صلابة لأنها تدمج مطاطًا حراريًا ذاتيًا الشفاء. هذه الطبقة مسؤولة عن إدخال آليات الهجرة الكهربائية والحرارية لإنشاء انقطاعات مادية حيث تسببت الطبقات المتضررة في عدم اتساق كهربائي يتم اكتشافه بواسطة الطبقة السفلية.

الجلد الإلكتروني: طبقة استشعار الضرر

الطبقة السفلية في بنية هذا الروبوت الناعم هي جلد إلكتروني مكوّن من قطرات دقيقة من معدن سائل مدمجة داخل مطاط سيليكون. يعمل هذا النهج مثل جهازك العصبي حيث يستخدم التيار الكهربائي لمراقبة استمرارية السطح.

على وجه التحديد، توجد قطرات دقيقة من معدن سائل مدمجة في مطاط سيليكون تُنشئ مسارات موصلة. عند اكتشاف الضرر، يمكن للنظام تحديد موقعه وإبلاغ الطبقة الوسطى، التي تبدأ بعد ذلك عمليات الشفاء الذاتي.

كيف تكتشف الروبوتات ذاتية الشفاء الضرر وتقوم بإصلاحه

يتعرف النظام على هذا الأثر الكهربائي كدليل على الضرر، مما يطلق تيارًا أعلى إلى المنطقة. يعمل التيار الأعلى كآلية تسخين، حيث يسخن المنطقة التي تعاني من عدم اتساق كهربائي نتيجة الضرر.

ثم تقوم العملية بصهر وإعادة إغلاق الطبقة الوسطى، ومن خلال الهجرة الكهربائية، تعود ذرات المعدن إلى حالة منفصلة، مما يقضي على القصر ويغلق الجرح. ومن الجدير بالذكر أن الهجرة الكهربائية كانت تُعتبر دائمًا عائقًا بسبب الفجوات التي كانت تتسبب في توقف التيار.

تمثل هذه الدراسة المرة الأولى التي يُنظر فيها إلى العملية كفائدة لاحتياجات التوصيل. يتيح الجمع بين الهجرة الكهربائية وتأثير جول الحراري بشكل فعال للجهاز إعادة ضبط المنطقة المتضررة والقضاء على عدم اتساق التيار في آنٍ واحد. بالإضافة إلى ذلك، يضمن ذلك أن الروبوت ذاتي الشفاء يمكنه شفاء نفسه عدة مرات دون مشاكل.

كيف اختبر الباحثون نظام الروبوت ذاتي الشفاء

قام المهندسون بإعداد سلسلة من الاختبارات لمعرفة ما إذا كان روبوتهم ذاتي الشفاء يمكنه الأداء كما هو متوقع. بدأ الفريق بإعداد الجهاز مع أقطاب كهربائية لقياس التغييرات بدقة. بعد ذلك، طبقوا أنواعًا مختلفة من الضرر. شملت هذه التأثيرات ضغطًا شديدًا والقطع.

نتائج تجارب الروبوت ذاتي الشفاء

تمكن الروبوت الناعم ذاتي الشفاء من اكتشاف الضرر بشكل مستقل وبدء عملية الشفاء الذاتي. طبق الجهاز تيارًا صغيرًا بارتفاع 0.25 أمبير كل 10 ثوانٍ حتى بدأ الانتقال الحراري. ثم تكررت العملية 6 مرات لكل اختبار، مما أتاح مراقبة متعمقة لإصلاح الضرر عبر عدة سيناريوهات.

فوائد الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء

هناك العديد من الفوائد التي تقدمها الإلكترونيات ذاتية الشفاء. أولاً، ستساعد في تحسين عمر الأجهزة الكهربائية. هناك الكثير من مكبات النفايات التي تعج بالإلكترونيات المتضررة. توفر الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء حلاً أفضل يمكنه إصلاح الضرر في الموقع، مما يقلل التكاليف ووقت التوقف.

التطبيقات ومستقبل الروبوتات ذاتية الشفاء

تتمتع دراسة الروبوتات ذاتية الشفاء بإمكانات ثورية لقطاع الروبوتات. هناك عدة قطاعات تعتمد على الروبوتات، واستخدام الطائرات بدون طيار المستقلة وغيرها من الأجهزة في تزايد. وبالتالي، قد تكون قدرات الشفاء الذاتي هي ما يلزم لتعزيز الأداء والدوام إلى المستوى التالي.

الروبوتات ذاتية الشفاء في الروبوتات والاستكشاف

الاستخدام الواضح لهذه الاكتشافات هو في قطاع الروبوتات. الروبوتات القادرة على الشفاء الذاتي ستكون مثالية لمهام الاستكشاف والبحث والإنقاذ. أي مكان قد يواجه فيه الروبوت عنصرًا قد يسبب خطرًا، مثل غصن أو صخرة حادة، يكون أكثر ملاءمة للروبوتات ذاتية الشفاء مقارنةً بالوحدات الصلبة التقليدية.

تقنية الملابس القابلة للارتداء: حالة استخدام جديدة للمواد ذاتية الشفاء

منطقة أخرى قد تكون هذه التقنية مفيدة فيها هي قطاع الأجهزة القابلة للارتداء. الأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية تتعرض للكثير من الاستخدام اليومي القاسي. تحتاج هذه الأجهزة إلى أن تكون مصممة لتحمل الجدول الزمني الصارم لمستخدميها وكل الصدمات والخدوش غير المتوقعة التي تصاحبها. قد تكون الأجهزة القابلة للإصلاح الذاتي هي الحل المثالي.

متى ستكون الروبوتات ذاتية الشفاء متاحة؟

قد تشهد الروبوتات القادرة على الإصلاح الذاتي تصل إلى السوق خلال الـ5-10 سنوات القادمة. قطاع الروبوتات الناعمة هو صناعة سريعة النمو بدأت للتو في اكتساب الزخم. من المؤكد أن هذه الأجهزة ستحظى بمزيد من الدعم مع تزايد فهم فوائدها وقدراتها.

باحثو الروبوتات ذاتية الشفاء

قدمت دراسة الروبوتات ذاتية الشفاء من قبل مهندسين من جامعة نبراسكا-لينكولن. تسرد الدراسة إريك ماركفيكا، إيثان كرينغز، وباتريك ماكمانيجال كالمساهمين الرئيسيين. ومن الجدير بالذكر أن تقرير الروبوتات ذاتية الشفاء كان واحدًا من 39 فقط من بين 1,606 مشاركة تم اختيارها كمرشح لجائزة أفضل ورقة في ICRA 2025.

ومن الجدير بالذكر أن المهندسين حصلوا على دعم إضافي من المؤسسة الوطنية للعلوم، برنامج ناسا نبراسكا لتشجيع البحث التنافسي، وصندوق تطوير البحوث الطبية الحيوية من تسوية تبغ نبراسكا.

الاستثمار في سوق الروبوتات

يُعد قطاع الروبوتات من أكثر القطاعات ابتكارًا في السوق. هناك عدد كبير من المتنافسين يسعون لإنشاء روبوتات الجيل القادم التي يمكن أن تساعد في حل بعض أهم القضايا العالمية. إليكم شركة واحدة تقود الابتكار.

ABB Ltd.

ABB Ltd. (ABB ) هي شركة رائدة عالميًا في التكنولوجيا مقرها في سويسرا. تركيزها القوي ينصب على الكهربة، الأتمتة، والروبوتات. تأسست في عام 1988 من خلال دمج ASEA (السويد) وBrown, Boveri & Cie (سويسرا)، ونمت لتصبح واحدة من أكثر اللاعبين تأثيرًا في قطاع الروبوتات الصناعية.

قسم الروبوتات في الشركة يدفع باستمرار حدود الأتمتة من خلال أذرع روبوتية متقدمة، وروبوتات تعاونية (cobots)، وحلول تصنيع مرنة. ينسجم التزام ABB بالروبوتات التكيفية مع التقنيات الناشئة مثل المشغلات الناعمة، المواد الذكية، وأنظمة الشفاء الذاتي – وهي الابتكارات التي تم استكشافها في دراسة جامعة نبراسكا-لينكولن.

في السنوات الأخيرة، كثفت ABB استثماراتها في الروبوتات الذكية والصديقة للإنسان من خلال شراكات مع مؤسسات أكاديمية واستحواذات على شركات ناشئة في مجال الأتمتة المدفوعة بالذكاء الاصطناعي. تُظهر روبوتات GoFa وYuMi التعاونية استراتيجية الشركة لتطوير روبوتات يمكنها العمل بأمان جنبًا إلى جنب مع البشر – روبوتات يمكن أن تستفيد بشكل كبير من المواد ذاتية الشفاء لتحسين المرونة وتقليل وقت التوقف. مع تحول الصناعات نحو أنظمة أكثر استقلالية ومرونة وتتحمل الضرر، تقف ABB في طليعة تمكين هذه الموجة القادمة من الروبوتات.

قد يرغب المستثمرون الذين يسعون للحصول على تعرض مبكر لانتعاش الروبوتات الناعمة في متابعة شركات مثل ABB أو متابعة الشركات الناشئة الواعدة في المواد المتقدمة.

آخر أخبار وتطورات سهم ABB (ABB)

روبوتات ناعمة ذاتية الشفاء – زميلك القادم في العمل

الجهد لإنشاء روبوتات ناعمة يمكنها اكتشاف الضرر وإصلاحه ذاتيًا في كامل قوته. يرى المصنعون هذه الأجهزة كحل مثالي للعالم إلى جانب البشر دون التسبب في مخاطر إضافية. عندما تُضاف القدرة على اكتشاف الإصابات وإصلاحها ذاتيًا، تصبح هذه الأجهزة محورية في تغيير اللعبة.

تعرف على اختراقات روبوتية أخرى رائعة هنا.

الدراسات المشار إليها:

^{1. Krings, E. J., McManigal, P., & Markvicka, E. J. (2025). عضلة اصطناعية ذكية ذاتية الشفاء: آليات اكتشاف الضرر والإصلاح المستقل لأضرار الثقب في الروبوتات الناعمة. وقائع مؤتمر IEEE الدولي للروبوتات والأتمتة 2025 (ICRA)، 2591–2598. https://smr.unl.edu/papers/Krings_et_al-2025-ICRA.pdf}